可实现多层搅拌的半固态浆料制备工艺及装置制造方法及图纸

一种可实现多层搅拌的半固态浆料制备工艺及装置：包括坩埚，坩埚周侧由内至外依次设置有电加热层、隔热层，隔热层上由上至下间隔安装至少两层定子，所述定子上绕制有感应线圈，感应线圈两端经引出导线连接外界的三相电流供电装置，通过在坩埚外由上至下设置有至少两个的施加于坩埚内的旋转方向相反的旋转电磁场，实现熔体分层的搅拌及层与层之间的熔体产生枝晶对撞，加强了合金熔体内外部的高低温熔体混合和熔体热量的释放，降低了熔体内外部温度梯度，延缓了坩埚壁附近熔体的冷却，同时加速了熔体和整体温度的降低，利于细化晶粒与同时形核，有效地减少了“集肤效应”带来的缺陷。陷。陷。

【技术实现步骤摘要】
可实现多层搅拌的半固态浆料制备工艺及装置


[0001]本专利技术涉及一种可实现多层搅拌的半固态浆料制备工艺及装置。

技术介绍

[0002]金属半固态加工技术自提出以来，其具有的工艺流程好，产品性能好等特点，使其具有巨大市场运用场景。金属半固态成形主要包括流变成形和触变成形，尽管这两种半固态成形技术在工艺上有所不同，但其技术核心都是制备具有细小、均匀、近球状微观组织的半固态金属浆料或坯料。
[0003]电磁搅拌法是目前应用于工业化制备半固态浆料的主要方法之一，其工艺原理是利用电磁感应所产生的电磁力驱使合金熔体流动，从而改变合金熔体在凝固过程的流动状态及传热传质过程中，改变其凝固组织，制备出晶粒细小而分布均匀的半固态浆料。与机械搅拌相比，在搅拌过程中不需要搅拌棒或者其他类似作用的元件便可以使熔体达到机械搅拌的效果，而不会造成合金熔体的污染或者搅拌棒的腐蚀，并且搅拌的效果还可以通过设置控制器来调节。但其也有显著的缺点，能耗较多，且产生“集肤效应”。
[0004]凝固组织的细化和均匀化是制备优质材料的关键，对材料的力学性能和加工工艺性能有着显著的影响。通过对熔体施加电磁搅拌处理引起液相的强制流动，加快熔体内部热量的散失速率，使凝固系统的温度场，溶质场、流场变得均匀。传统的电磁搅拌一般是根据电机原理进行设计，一般只能实现单向电磁搅拌，只有实现一个方向的搅拌，整个金属熔体只能在一个方向进行旋转搅拌，无法在熔体实现分层立体搅拌，且所制备的浆料还不足以满足晶粒细小、成份均匀的优质半固态浆料；在这样传统电磁单向搅拌下，虽然可加快了金属液的快速流动，加快了溶质的扩散速度，但传统电磁搅拌还存在着一种集肤效应，水平方向上电磁场在熔体内均匀分布，搅拌力的大小则会因为集肤效应从边部到中心递减，从而导致中心液相旋转速度低于边部旋转速度。金属熔体的有效的旋转运动有利于降低熔体的温度，增加过冷度，细化晶粒，使成分均匀分布。即单向旋转引起的集肤效应将会引起边部与中心的温度梯度较大，搅拌时间的延长，金属熔体的温度降低，黏度也会增加，流动速度减小，温度降低得越慢，影响结晶，产生晶粒大小与熔体成分不均匀。合金液流的流动方式由铸型中心较为平缓的层流和边缘区域电磁力诱导的紊流构成。溶质的扩散迁移路径为沿着流体的流线或者流面，结晶器内熔体流动的紊乱程度较弱、溶质以及热量的交换速率小。因此，凝固系统的温度场、流场的均匀化有待进一步的提升，说明书附图7为现有传统搅拌器装置原理图。
[0005]现有制备半固态铝合金浆料的方法，该半固态浆料制备方法通过对浆料采用先单向搅拌后再沿相反方向搅拌的方法，充分利用熔体的流动呈现为强烈的紊流，层流消失的特点，使得熔体内部的溶质扩散更加均匀，熔体中的枝晶之间相互碰撞，熔体内初生相碰撞剪切的强度和概率增大，相较于单向电磁搅拌制成的半固态浆料更优质，但这种方法使金属液体在初次旋转时也如单向搅拌一般，随着转速的增加，在金属熔体中心区域形成很深的液穴，容易卷气，晶粒大小不一致或分布不均匀，也无法解决成分偏析问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对以上不足之处，提供了可实现多层搅拌的半固态浆料制备工艺及装置。
[0007]本专利技术解决技术问题所采用的方案是，一种可实现多层搅拌的半固态浆料制备工艺，在电加热坩埚外由上至下设置有至少两个的施加于坩埚内的旋转电磁场，上下相邻的两层旋转电磁场之间的旋转方向相反；旋转电磁场带动坩埚内液相溶液旋转，上下相邻的两层旋转电磁场带动对应的上下两侧液相溶液反向旋转，实现熔体分层的搅拌及层与层之间的熔体产生枝晶对撞，通过改变电流强度与频率，可控制金属液搅拌的旋转速度与强度，同时控制金属熔体经搅拌后的固相率及浓度分布的均匀性。
[0008]一种可实现多层搅拌的半固态浆料制备装置，包括坩埚、壳体、定子，所述坩埚设置与壳体内，所述坩埚周侧与壳体内周侧之间由内至外依次设置有电加热层、隔热层，所述隔热层上由上至下间隔安装至少两层定子，所述定子上绕制有感应线圈，感应线圈两端经引出导线连接外界的三相电流供电装置。
[0009]进一步的，所述壳体上下端不封闭，壳体下端固定安装有散热风机。
[0010]进一步的，所述壳体安装在支撑架上。
[0011]进一步的，所述电加热层内设置有电阻丝，电阻丝呈螺旋状缠绕于坩埚外壁。
[0012]进一步的，所述电阻丝与坩埚外壁、隔热层之间设置有保温层，电阻丝包裹在保温层内。
[0013]进一步的，所述坩埚内设置有温度传感器。
[0014]进一步的，所述定子包括圆周均布的若干个凸极定子单元，磁感线圈绕制在凸极定子上。
[0015]进一步的，所述壳体上端设置有搅拌器盖，搅拌器盖盖设在壳体上或一端与壳体铰接，搅拌器盖上设置有提手、观察孔，观察孔位于坩埚上方。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：设计合理，能够制备出优质的半固态浆料，所制备的半固态浆料不会氧化卷气，组织均匀，品质优良，同时为了提高半固态制浆效率与效果，可以本专利技术结合传统的机械搅拌、气体搅拌或内冷块熔解搅拌等方式，使搅拌工艺更充分，有利于降低半固态浆料温度的快速降低，及金属颗粒的细化与均匀化。
附图说明
[0017]下面结合附图对本专利技术专利进一步说明。
[0018]图1为本装置设置三层定子的结构示意图；图2为本装置设置两层定子的结构示意图；图3为双层搅拌原理图；图4为四层搅拌原理图；图5为A356经二层搅拌电机制备的半固态金相组织；图6为A356经三层搅拌电机制备的半固态金相组织；图7为现有传统搅拌装置原理图；图中：1
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壳体；2
‑
定子；3
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感应线圈；4
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保温层；5
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电阻丝；6
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坩埚；7
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隔热层；8
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温度传感器；9
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支撑架；10
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散热风机；11
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搅拌器盖；110
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提手；111
‑
观察孔。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0020]一种可实现多层搅拌的半固态浆料制备工艺，在电加热坩埚外由上至下设置有至少两个的施加于坩埚内的旋转电磁场，上下相邻的两层旋转电磁场之间的旋转方向相反；旋转电磁场带动坩埚内液相溶液旋转，上下相邻的两层旋转电磁场带动对应的上下两侧液相溶液反向旋转，实现熔体分层的搅拌及层与层之间的熔体产生枝晶对撞，通过改变电流强度与频率，可控制金属液搅拌的旋转速度与强度，同时控制金属熔体经搅拌后的固相率及浓度分布的均匀性。
[0021]在本实施例中，在电磁搅拌制浆过程中，推动熔体做旋转运动首先要激发一个稳定的旋转磁场，电磁搅拌装置中旋转磁场的产生是通过磁极绕组中接入的三相交流电而生成。电机线圈中每相绕组电流所产生的磁场叠加后形成一个稳定的磁场；随着交流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现多层搅拌的半固态浆料制备工艺，其特征在于：在电加热坩埚外由上至下设置有至少两个的施加于坩埚内的旋转电磁场，上下相邻的两层旋转电磁场之间的旋转方向相反；旋转电磁场带动坩埚内液相溶液旋转，上下相邻的两层旋转电磁场带动对应的上下两侧液相溶液反向旋转，实现熔体分层的搅拌及层与层之间的熔体产生枝晶对撞，通过改变电流强度与频率，可控制金属液搅拌的旋转速度与强度，同时控制金属熔体经搅拌后的固相率及浓度分布的均匀性。2.一种可实现多层搅拌的半固态浆料制备装置，采用如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：包括坩埚、壳体、定子，所述坩埚设置与壳体内，所述坩埚周侧与壳体内周侧之间由内至外依次设置有电加热层、隔热层，所述隔热层上由上至下间隔安装至少两层定子，所述定子上绕制有感应线圈，感应线圈两端经引出导线连接外界的三相电流供电装置。3.根据权利要求2所述的可实现多层搅拌的半固态浆料制备装置，其特征在于：所述壳体上下端不封闭，壳体下端固定安装有...

【专利技术属性】
技术研发人员：王连登，江志伟，耿斌，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：